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案例展示

  • 国产大飞机全机大攻角起降绕流数值模拟与分析
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    • 01. 案例概述
    • 02. 十沣解决方案

    01. 案例概述

    C919国产大飞机在设计初期期,客户需要一种更精确,更高效的气动力仿真方法,用于分析 C919在复杂的物理气动环境下的强湍流问题,并根据其研发要求,优化飞机的整体气动设计。客户采用的方法是基于WENO的高精度耦合算法和约束大涡模拟方法(CLES)。

    02. 十沣解决方案

    国产大飞机项目案例-3.gif
    客户使用QFLUX的基于multi-block的嵌套网格算法, 对机身、主翼、平尾、垂尾、翼身连接部、发动机吊舱、襟翼及其作动结构等部件独立剖分网格,然后在QFLUX软件中组装、合并,精确的模拟全机全附体状态;QFLUX的单相可压缩求解器,可实现WENO的高精度耦合算法,准确捕捉激波等物理间断现象;QFLUX的CLES湍流模型,精细模拟大攻角(起降攻角>10°)状态下分离流及其物理演化过程。

    QFLUX帮助准确模拟了大型飞行器在复杂环境下的强湍流问题,极大的提升了客户研发精度和效率。

  • 船模强迫运动模拟
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    • 01. 案例概述
    • 02. 十沣解决方案

    01. 案例概述

    通过数值计算的方法来模拟强迫横摇和强迫垂荡等费用昂贵、周期长的约束船模试验,进而得到船舶操纵性计算所需要的水动力导数,能降低研发成本、提高准确性高、缩短周期。

    纯横荡运动:在水池中使船模沿水池中心线作匀速U0运动的同时,叠加一个横向谐和位移运动 η=η_0∙sin(wt)。

    纯首摇运动:在水池中使船模沿水池中心线作匀速U0运动的同时,叠加一个横向谐和位移运动 η=η_0sin(wt),并且试验中船模的运动轨迹处处与船舶x轴相切。

    强迫横摇:在水池中使船舶绕其重心做固定幅值角度和固定频率的横摇运动。

    强迫垂荡:在水池中使船模沿水池中心线作匀速U0运动的同时,叠加一个垂向位移运动 η=η_0sin(wt)。

    02. 十沣解决方案

    客户采用多相流模型,使用VOF方法捕捉自由液面;通过在船艏前方设置速度入口边界条件来模拟船舶在水中匀速运动;通过动网格技术控制船舶强迫运动的轨迹,以此来模拟船舶强迫运动。客户采用Qflux软件进行船模强迫运动仿真,操作简单快捷,上手快;计算结果准确,与试验结果对比,满足误差要求。

    下面4图依次为模拟纯横荡运动、纯首摇运动、强迫横摇和强迫垂荡。


    媒体1 00_00_00-00_00_30~1 00_00_00-00_00_30 00_00_00-00_00_06.gif纯首摇运动 00_00_00-00_00_30 00_00_00-00_00_05.gif媒体2 00_00_00-00_00_30~2 00_00_00-00_00_30 00_00_00-00_00_05.gif媒体3.gif


  • KCS船模运动模拟
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    • 01. 波流耦合仿真
    • 02. 船舶航行阻力分析

    01. 波流耦合仿真

    船舶水动力学分析中工况中垂荡和纵摇是影响船舶阻力最为关键的因素。当船舶发生大幅受迫运动时,不仅会影响船员舒适性,还会破坏船舶设备或影响其正常运转,严重时还会导致翻船事故的发生从而造成巨大的生命财产损失。此外,船舶在波浪中航行相较于在静水中所受到的总阻力有 15% ~ 30%的提升;为了精确估算燃油消耗和主机功率以满足能效设计指数( EEDI) 和能效运营指数( EEOI) 的要求,准备计算波浪中船舶的运动和阻力十分重要。

    客户采用数值造波方法中的速度入口边界造波方法来模拟一阶 Stokes 规则波, 然后始终固定横荡、纵荡、横摇、艏摇 4 个自由度,分别放开和固定垂荡与纵摇运动来研究这两个运动的周期性变化。此外,在不同迎浪波长下,分析固定和放开自由度工况下的船舶的波浪增阻和运动特性。

    客户可简便地激活Qflux在速度入口边界条件中的波浪模型,设置波长、波幅、水深等参数。此外,在网格运动属性中,输入质心坐标、转动惯量、运动约束条件等参数,进而完成动网格+6Dof参数的设置;最后,监测船舶的受力及其质心的运动参数,分析船舶在不同迎浪工况下的运动和阻力。

    Qflux软件中数值造波设置便捷且高效,结合完善的动网格+6DOF功能,能准确高效地模拟船舶受迫运动的问题;相比于其他商业软件,其操作简单,界面清晰简洁,其友好的用户体验,极大的提高了船舶运动的仿真效率。


    固定自由度船附近自由面波形-1 00_00_00-00_00_30 00_00_00-00_00_06.gif
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    02. 船舶航行阻力分析

    本案例是对缩尺后的KCS船模在航速为2.196m/s的工况下对其阻力进行预测。船舶阻力对船舶设计具有重要的影响,精确的模拟出船舶的阻力可以为设计推进器和选定主机功率提供一定的理论依据。

    客户可采用VOF两相流模型对船舶自由航行时的阻力以及兴波进行预测。使用QFLUX的不可压缩流动求解器,采用VOF两相流模型和伪压缩方法,可精细捕捉自由面。

    QFLUX的仿真结果优于主流商业软件,基于同一网格的标模静水阻力误差更小,极大的提升了客户研发精度和效率。

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  • 汽车外气动仿真
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    • 01. 汽车外气动仿真

    01. 汽车外气动仿真

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  • 航空内、外流气动仿真
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    • 01. 案例概述
    • 02. DPW-II翼身组合体算例
    • 03. Stage35标模算例

    01. 案例概述

    CFD是飞行器气动设计与优化的重要工具。波音公司的统计数据(AIAA 2003-3439)表明,从20世纪70年代末期至本世纪初的30年间,由于广泛使用先进的CFD软件及技术,波音开发一型机翼所需的风洞试验模型数由早期的70多个降至个位数,不仅大幅降低研发费用,也显著提升了研制周期、技术水平和产品竞争力。

    QFLUX软件已开发基于分块结构化网格的可压缩求解器,并正在开发其多面体非结构版本。该求解器支持嵌套网格、滑移动网格。我们分别选用DPW-II翼身组合体标模和Stage35高压压气机入口段标模,验证该求解器针对飞行器跨音速绕流、复杂内流道气动仿真等技术需求的适用性和鲁棒性。

    02. DPW-II翼身组合体算例

    DPW-II翼身组合体算例采用嵌套网格,以提升翼身结合部等区域的网格质量,网格单元数约500万,湍流模型选用SST k-w,对流项采用AUSM格式,数值迭代采用隐式LU-SGS算法,以及多重网格法以加速收敛。分别测试气流马赫数M=0.75、0.95等两个工况,气流攻角为1.23°,Re=3.0e6。其中,M=0.75时标模气动阻力和升力系数、机翼标模压力系数分布曲线等仿真结果可与相关实验结果进行对比分析。


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    03. Stage35标模算例

    Stage35标模设计转速为16043RPM、流量20.8kg/s、转子压比1.19。本算例采用分块结构化网格,单元总数146万,转静交接面采用混合平面方法,其他数值方法与DPW-II算例一致。数值计算的转子压比、流量、效率等参数及其分布曲线可与相关实验结果进行对比分析。


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  • KVLCC2艏摇运动仿真
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    • 01. 案例概述
    • 02. 十沣解决方案

    01. 案例概述

    船舶操纵性关系到其航运安全性和经济性,全球每年20%的海运事故是操纵性问题所导致的,包括2021年3月“长赐号”在苏伊士运河搁浅事件。船舶操纵性包括机动性和航向稳定性两个矛盾体,且与船舶主尺度密切相关。船舶设计阶段需要对其操纵性给予充分的论证和评估。物理水池试验是目前常用的船舶设计方法,但成本高、效费比低,且存在尺度效应问题。基于CFD软件的数值水池正在成为船舶水动力学设计的重要手段。

    KVLCC2是三大主力船型(邮轮/散货船/集装箱船)之一。艏摇是船舶操纵性的典型工况,船体将做大幅度6DOF运动,表面波系、水下绕流结构相对复杂,数值仿真难度较大,需要采用嵌套动网格、脱体涡模型等先进算法。本算例缩比1:100,模型水线长度Lpp=3.2m,吃水深度0.208m,Fr=0.142,Re~1.0e7;艏摇采用正弦运动模式,角度幅值为8°,横向位移幅值为0.2m,艏摇周期T=20s。

    02. 十沣解决方案

    本算例采用多面体非结构网格和嵌套动网格算法,网格单元约408万。QFLUX求解器选用基于SIMPLE方法的不可压求解器,湍流模型采用基于SST k-w的IDDES,水气两相流采用VOF模型;指定船体艏摇运动规律,入口水流速度为0.797m/s,出口指定静压;空间离散格式为2阶迎风、时间格式为1阶隐式Euler(Euler Backward),时间步长取0.001s。QFLUX模拟的水动力曲线及平均值将与某物理水池试验数据进行对比分析。


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